等離子智慧避雷球:新技術衝擊250年曆史避雷針

為一項民間發明的技術產品在軍隊推廣而專門召開一次大型會議,在這樣一樁罕見事件中成為主角,莊洪春至今回味無窮。
去年1月15日,解放軍總裝備部“軍民兩用技術委員會”在人民大會堂海南廳召開了一次特別會議。
總裝、總參、總後、海軍、陸軍、空軍、二炮、武警及有關兵工廠的技術和採購單位的首長、參謀和專家,約120多人參加了會議。此外,資訊產業部副部長、9名將軍、4名院士參加了本次特別會議。
這次會議,有望成為中國軍品民產的一個里程碑。與會者的焦點正是莊洪春的發明:等離子智慧避雷球。

一鳴驚人
66歲的莊洪春是國際宇航科學院院士、中科院研究員。“等離子避雷裝置”很早就引起了國際重視。早在2002年12月,南韓漢城舉辦的國際發明博覽會上,“等離子避雷裝置”贏得了唯一的特別金獎,聯合國國際專家組稱該裝置“對人類生存和保障的最佳發明”。
這項發明很快引起了軍方關注。軍隊無論是作戰期間,還是日常的軍事訓練,都要進行大量的通訊,其中移動通訊需求量在資訊化時代正急速增長。過去軍隊移動通訊的解決是在移動車輛上安裝天線,可是在雷雨天氣,通訊車上高聳的天線更容易引來雷擊,破壞車內的電子通訊設備。得知莊洪春院士在雲南進行等離子避雷新技術實驗,消息靈通的距雲南比較近的某軍區決定試用莊洪春的“智慧避雷系統”。
經過對“智慧避雷系統”的使用,2005年11 月20日,該軍區對莊洪春的“智慧避雷系統”做出用戶報告。報告說:“資訊裝備等離子避雷系統”從資訊裝備的電磁防護要求出發,充分考慮基於弱電技術的資訊裝備對雷擊的防護要求,採用全新的等離子避雷概念,既避免了直接雷擊對武器裝備的破壞,更徹底解決了地釘接地引雷防護過程中,對資訊裝備元器件的損毀。

站在前人的肩膀上
1964 年,23歲來自江蘇宜興的莊洪春從中國科技大學地球物理系空間物理專業畢業,3年後取得中國科學院碩士學位,隨後被分配到中科院應用地球物理研究所(現空間科學與應用研究中心)工作至今。1988年,莊洪春曾作為中美首次國家級空間科學合作專家組代表赴美執行合作研究,使我國空間深測儀器第一次在國外進行成功的聯合測量。1991年,莊洪春又當選為國際宇航科學院院士、博導。
作為國內空間電學研究及工程應用的學科帶頭人,莊洪春比其他人更有機會了解衛星上的等離子避雷技術。上世紀50年代末,中國開始向太空放衛星,放衛星過程中出現了一種鮮為人知的現象:一旦衛星位置升高,兩三天后,衛星就出現失靈現象。如氣象衛星原本應拍攝雲層情況,但幾天后,衛星不拍攝雲層,卻拍攝天空中的星星。面對這個棘手問題,各衛星大國紛紛組織科學家對這個現象進行研究。幾年後,美國航太中心率先找到衛星失靈的原因。原來衛星放到天空後,衛星上的電位自動升高,甚至可升高到上萬伏。因為衛星表面的材料各不相同,升高的電位也不同,材料之間產生電位差,同時衛星與空間位置之間也產生了電位差。在真空環境,衛星很容易放電,放電後衛星上的儀器設備就受到電磁干擾,一些微電子設備很快就壞掉了。衛星上的指導系統、自動控制系統、電腦軟體也因此受損。所以就出現應該拍雲層,卻拍星星的失靈現象。
“衛星的造價是以億為單位的,當時不敢多放,放上去兩三天就壞了”,莊洪春回憶說。經反復實驗,科學家們發現在衛星表面覆蓋上一層等離子體,就可以讓衛星有電也不放電。衛星表面的電荷有正有負,通過導電能力很強的等離子體傳到空間。電荷到達空間後自由游動,正負互相交流,產生平均後就不會產生高電壓,也就不會放電。
這項技術研究歷時數年,在60年代中期定型,從那個時候一直到現在衛星上都在使用該技術。

10年磨劍
儘管傳統的避雷針可以保護建築物不被雷擊,但在引雷過程中產生的感應電流經常損害建築物內的微電子設備。對此,一種名為消雷器的避雷設備應運而生,但經過近20年的實驗,科學家們發現消雷器並不能徹底消除雷害。
1995年,莊洪春萌發了把衛星上的避雷技術應用到地面防雷的設想,於是在中科院空間科學與應用研究中心申請立項研究,同時申請了專利。
難題接踵而至。相比衛星所處的真空環境,地面環境複雜得多。另外,用什麼方法產生等離子體?測試產生的等離子體密度夠不夠?每走一步都是如履薄冰。從1995年到2002年7年間,莊洪春領導的實驗小組僅大型實驗報告就做出86個,小的實驗數不清。
2000年之前,莊洪春完成了理論研究、電腦模擬計算、實驗室研究。2000年後,研究轉入實用化階段,2002年將實用化的產品拿到雲南省做場外實驗。
雲南省西雙版納每年雷暴天120多天,是一個最理想的檢驗避雷技術場所。莊洪春帶領空間電學組10多名研究人員來到西雙版納,專門挑選了高發雷擊點40多處,安裝等離子避雷裝置。
外場實驗效果相當好,雷不打被保護的物體,也不損害被保護物體內的電子設備。與傳統避雷針技術不同的是,這項避雷技術無需接地。
2003年12月12日到14日,由雲南省防雷中心主持,在西雙版納召開了“等離子避雷球試用鑒定驗收會”。會上邀請了包括清華大學、中國氣象科學研究院等9位權威避雷專家。
專家組意見認為:“與傳統防雷方法相比,等離子避雷的思想是使雷電在目標上的感應電荷消失或失效,從而雷電與目標間不能產生電擊穿,使目標不遭直接雷擊,從而保護目標內資訊技術設備不遭直接雷害,是適應現代化和資訊化時代要求的避雷新產品,建議有關部門儘早發放生產和使用許可證,使這一新產品早日服務於社會。”
3天后,雲南省防雷中心給莊洪春的智慧等離子避雷球發放了“防雷新產品使用許可證”,允許等離子避雷球HC/DG系列和HC/DY系列產品在雲南使用。同時,莊洪春還取得了多項中國專利、美國專利、防雷新產品使用許可證、防雷產品銷售和生產許可證、國家氣象局測試報告等一系列證書。

長達8年的試驗,終於大功告成。
雷擊對被保護物體內的電子設備造成的雷害通常是3個途徑,即直接雷害、空氣中傳輸的間接雷害、線路入侵的過電壓雷害。莊洪春對《中國投資》說,等離子避雷系統的工作原理是,清除被保護對象遭雷擊的危險性,該裝置對雷擊危險性進行實時監測,在雷擊到來的前一瞬間,向被保護對象導體上輸送與雷擊相同極性的電荷,對消那裏的感應電荷所產生的雷擊危險性,保護地面、水面、空中的固定和移動物體不遭雷擊,使物體內部的微電子設備也免遭直接雷害。同時使被保護對象對感應雷害的反應緩慢上千倍,其損害強度大為減弱,使物體內部微電子設備免遭間接雷害。此外,在雷擊到來前把對外線路自動斷開,切斷線路侵入雷害。這樣3種途徑的雷害都得到了消除。

產業化
2003年,為了將這項新避雷技術產業化,莊洪春成立了北京衛昊康等離子技術開發有限責任公司。按照中科院的相關規定,等離子智慧避雷系統轉入了發明人莊洪春名下。既無資金、又無行銷能力的莊洪春面臨著一項新的實驗,如何將這項全新的等離子避雷技術產業化?
自知沒有行銷天賦的莊洪春,決定與有資金和行銷能力的個人或公司合作。莊告訴《中國投資》,目前已有8位合作對象與他組建了合資公司。莊洪春以技術入股,合作方出資金和行銷渠道,贏利後雙方分成。
66歲的莊洪春表示,這項新技術的誕生必然對已有250年曆史的避雷針技術產生顛覆性的衝擊。目前,國內有上千家避雷針生產廠家,莊希望與他們合作,使這項新技術不斷完善,加大推廣力度。

好厉害的人类。。。